luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học phân vùng hạn – mặn và đề xuất giải pháp thích ứng cho vùng đồng bằng ven biển sông mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHÂN VÙNG HẠN - MẶN
VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG CHO VÙNG ĐỒNG
BẰNG VEN BIỂN SƠNG MÃ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHÂN VÙNG HẠN - MẶN
VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG CHO VÙNG ĐỒNG
BẰNG VEN BIỂN SƠNG MÃ

Ngành: Thủy văn học
Mã số: 9440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1.PGS.TS HOÀNG NGỌC QUANG

2. GS.TS NGƠ ĐÌNH TUẤN

HÀ NỘI, NĂM 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Lê Thị Thường

i


LỜI CÁM ƠN
Qua quá trình học tập và nghiên cứu, luận án của tác giả đã được hoàn thành. Những
thành quả đạt được ngoài sự nỗ lực, quyết tâm của bản thân, tác giả đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ, động viên của các thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè.

Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Hồng
Ngọc Quang, GS.TS Ngơ Đình Tuấn, các thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo bộ môn Thủy văn và Tài nguyên nước
cũng như các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, Phòng Đào tạo, trường
Đại học Thủy Lợi đã hướng dẫn, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt q trình học tập,
nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn Khoa Khí tượng Thủy Văn, Đại học Tài nguyên và

Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện cho NCS có thời gian tập trung học tập và nghiên
cứu. Cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp đã luôn giúp đỡ, động viên tác giả trong quá
trình thực hiện luận án.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình ln động viên, khuyến
khích và tiếp thêm nghị lực, quyết tâm cho tác giả trong những lúc khó khăn nhất mà
tưởng chừng không thể vượt qua.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... vii
MỞ ĐẦU……............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................................3
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.......................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...............................................................................4
6. Bố cục của luận án................................................................................................. 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HẠN – MẶN...................6
1.1

Tổng quan tình hình nghiên cứu hạn – mặn..................................................6

1.1.1

Một số khái niệm và định nghĩa được sử dụng trong luận án.....................6

1.1.2

Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................. 9

1.1.3

Tình hình nghiên cứu trong nước............................................................. 16

1.1.4

Tình hình nghiên cứu trên lưu vực sơng Mã............................................ 22

1.2

Giới thiệu vùng nghiên cứu......................................................................... 24

1.2.1

Vị trí địa lý............................................................................................... 24

1.2.2

Đặc điểm địa hình.................................................................................... 25

1.2.3

Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng................................................................ 26

1.2.4

Chế độ mưa, dịng chảy........................................................................... 27

1.2.5

Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi................................................................ 29

1.2.6

Đặc điểm thủy triều và tình hình hạn – mặn............................................ 31

1.2.7

Đặc điểm về kinh tế - xã hội.................................................................... 37

1.2.8

Hồ chứa thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông Mã................................... 38

1.3

Khoảng trống trong nghiên cứu hạn – mặn................................................. 40

1.4

Định hướng nghiên cứu............................................................................... 41

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
VÙNG HẠN – MẶN VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN SÔNG MÃ...................... 45
2.1

Cơ sở khoa học............................................................................................ 45

2.1.1

Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn........................................... 46

2.1.2

Sự biến đổi của các tổ hợp hạn – mặn theo không gian và thời gian........64

iii


2.1.3
2.2

Nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông khu vực nghiên cứu..............66
Cơ sở thực tiễn............................................................................................ 66

2.2.1

Thiệt hại do hạn – mặn và biện pháp phòng chống.................................. 67

2.2.2 Khả năng thích ứng hạn – mặn trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển
dâng…................................................................................................................. 70
2.3

Phương pháp tính tốn phân vùng hạn – mặn.............................................. 72

2.3.1

Phương pháp thống kê, điều tra xã hội học.............................................. 73

2.3.2

Phương pháp tích hợp bản đồ.................................................................. 74

2.3.3

Phương pháp chun gia.......................................................................... 76

2.3.4

Phương pháp mơ hình tốn...................................................................... 76

2.4

Cơ sở phân vùng hạn – mặn...................................................................... 102

2.4.1

Tiêu chí phân vùng hạn – mặn............................................................... 102

2.4.2

Cơ sở phân vùng hạn – mặn................................................................... 104

CHƯƠNG 3 PHÂN VÙNG HẠN – MẶN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG............................................................ 109
3.1

Kết quả mô phỏng ranh giới hạn - mặn theo trường hợp hiện trạng..........109

3.2

Kết quả mô phỏng ranh giới mặn theo kịch bản biến đổi khí hậu.............114

3.3

Phân vùng hạn - mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã.........................116

3.3.1

Phân vùng hạn – mặn theo cách tiếp cận truyền thống........................... 116

3.3.2

Phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước..................120

3.3.3

Nhận xét, phân tích và lựa chọn kết quả................................................ 132

3.4

Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước................................................. 136

3.4.1

Cơ sở đề xuất giải pháp.......................................................................... 136

3.4.2

Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước............................................. 137

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 141
1.

Những kết quả đạt được của luận án............................................................. 141

2.

Những đóng góp mới của luận án................................................................. 142

3.

Tồn tại và hướng phát triển của luận án........................................................ 142

4.

Kiến nghị...................................................................................................... 143

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ......................................................... 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 145
PHỤ LỤC…….......................................................................................................... 151

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sơng Mã và vùng phụ cận.................................................... 25

Hình 1.2 Bản đồ địa hình lưu vực sơng Mã [69]......................................................... 26
Hình 1.3 Bản đồ mạng lưới sơng ngịi và lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Mã . 29

Hình 1.4 Diễn biến mực nước triều tại cửa Hới sông Mã (11/2005)............................ 32
Hình 1.5 Diễn biến mực nước triều tại cửa Lạch Trường (12/2004)............................32
Hình 1.6 Diễn biến mực nước triều tại cửa Hới Lạch Sung (12/2004)........................32
Hình 1.7 Hiện trạng sơ đồ hệ thống hồ chứa, trạm bơm trên lưu vực sơng Mã...........39
Hình 1.8 Sơ đồ khối tổng thể quá trình nghiên cứu của luận án..................................42
Hình 2.1 Đường quá trình mực nước, lưu lượng và lưu tốc trạm Quảng Châu............48
Hình 2.2 Đường quá trình mực nước, lưu lượng và lưu tốc trạm Quảng Châu............49
Hình 2.3 Đường quá trình mực nước, lưu lượng và lưu tốc trạm Quảng Châu............52
Hình 2.4 Quan hệ lưu lượng nhỏ nhất trạm Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất trạm Hàm
Rồng............................................................................................................................ 55
Hình 2.5 Quan hệ lưu lượng nhỏ nhất trạm Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất trạm Nguyệt
Viên............................................................................................................................. 55
Hình 2.6 Quan hệ lưu lượng nhỏ nhất trạm (Xuân Khánh + Sét Thôn) và độ mặn lớn
nhất trạm Hàm Rồng................................................................................................... 56
Hình 2.7 Quan hệ lưu lượng nhỏ nhất trạm (Xuân Khánh + Sét Thôn) và độ mặn lớn
nhất trạm Nguyệt Viên................................................................................................. 56
Hình 2.8 Diễn biến quá trình lưu lượng nhỏ nhất trạm Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất
các trạm vùng hạ lưu sơng Mã (2005-2016)................................................................ 56
Hình 2.9 Diễn biến q trình lưu lượng nhỏ nhất trạm Sét Thơn và độ mặn lớn nhất các
trạm vùng hạ lưu sông Mã (2005-2016)...................................................................... 57
Hình 2.10 Diễn biến quá trình lưu lượng nhỏ nhất trạm (Sét Thôn + Xuân Khánh) và độ
mặn lớn nhất các trạm vùng hạ lưu sông Mã (2005-2016).......................................... 57
Hình 2.11 Diễn biến độ mặn tại các trạm dọc sông Mã tương ứng các cấp lưu lượng tại
(Sét Thôn + Xuân Khánh)........................................................................................... 61
Hình 2.12 Diễn biến mực nước nhỏ nhất và độ mặn lớn nhất tại trạm Giàng..............62
Hình 2.13 Diễn biến mực nước nhỏ nhất và độ mặn lớn nhất tại trạm Quảng Châu....62
Hình 2.14 Diễn biến mực nước và độ mặn tại trạm Hồng Hà (sơng Lạch Trường). . .63

Hình 2.15 Diễn biến mực nước và độ mặn tại trạm Vạn Ninh (sơng Lạch Trường)....63
Hình 2.16 Diễn biến mực nước và độ mặn tại trạm Cụ Thôn (sông Lèn)....................63
Hình 2.17 Diễn biến mực nước và độ mặn tại trạm n Ổn (sơng Lèn)......................64
Hình 2.18 Phương pháp tích hợp bản đồ sử dụng cơng nghệ GIS...............................75
Hình 2.19 Sơ đồ ứng dụng mơ hình tốn mơ phỏng hạn – mặn................................... 77
Hình 2.20 Diễn biến nhiệt độ, bốc hơi trung bình tháng trạm Bái Thượng..................78

v


Hình 2.21 Q trình tính tốn xác định lượng nước xuống hạ lưu sau hồ chứa...........84
Hình 2.22 Sơ đồ mơ phỏng mạng lưới sông trong MIKE 11 trường hợp hiện trạng....90
Hình 2.23 Sơ đồ các bước tính tốn biên trên mơ hình kịch bản BĐKH.....................91
Hình 2.24 Sơ đồ mơ phỏng mạng lưới sơng trong Mike 11 kịch bản BĐKH..............92
Hình 2.25 Sơ đồ quá trình thành lập bản đồ phân vùng hạn – mặn............................107
Hình 3.1 Kết quả mơ phỏng hạn – mặn trường hợp hiện trạng ứng với P=75%........110
Hình 3.2 Kết quả mô phỏng hạn – mặn trường hợp hiện trạng ứng với P=80%........110
Hình 3.3 Kết quả mơ phỏng hạn – mặn trường hợp hiện trạng ứng với P=85%........111
Hình 3.4 Kết quả mô phỏng hạn – mặn trường hợp hiện trạng ứng với P=90%........111
Hình 3.5 Kết quả mơ phỏng hạn – mặn trường hợp hiện trạng ứng với P=95%........111
Hình 3.6 Độ sâu xâm nhập mặn 1‰ trên các sông ứng với các tần suất thiết kế nguồn
nước........................................................................................................................... 113
Hình 3.7 Độ sâu xâm nhập mặn 4‰ trên các sông ứng với các tần suất thiết kế nguồn
nước........................................................................................................................... 113
Hình 3.8 Độ sâu xâm nhập mặn 10‰ trên các sông ứng với các tần suất thiết kế nguồn
nước........................................................................................................................... 113
Hình 3.9 Kết quả mơ phỏng hạn – mặn kịch bản RCP 4.5 thời kì 2016-2035...........114
Hình 3.10 Kết quả mô phỏng hạn – mặn kịch bản RCP 8.5 thời kì 2016-2035.........115
Hình 3.11 Kết quả mơ phỏng hạn – mặn kịch bản RCP 4.5 thời kì 2046-2065..........115
Hình 3.12 Kết quả mô phỏng hạn – mặn kịch bản RCP 8.5 thời kì 2046-2065.........115

Hình 3.13 Bản đồ phân vùng hạn – mặn trường hợp hiện trạng khi chưa xét đến nhu cầu
khai thác sử dụng nước.............................................................................................. 117
Hình 3.14 Bản đồ phân vùng hạn – mặn kịch bản RCP 4.5 khi chưa xét đến nhu cầu khai
thác sử dụng nước...................................................................................................... 119
Hình 3.15 Bản đồ phân vùng hạn – mặn kịch bản RCP 8.5 khi chưa xét đến nhu cầu khai
thác sử dụng nước...................................................................................................... 119
Hình 3.16 Bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước trường
hợp hiện trạng............................................................................................................ 122
Hình 3.17 Bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước kịch bản
RCP4.5...................................................................................................................... 131
Hình 3.18 Bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước kịch bản
RCP8.5...................................................................................................................... 131
Hình 3.19 Xâm nhập mặn dọc sơng Mã tương ứng với các kịch bản........................134
Hình 3.20 Xâm nhập mặn dọc sơng Lạch Trường tương ứng với các kịch bản.........134
Hình 3.21 Xâm nhập mặn dọc sông Lèn tương ứng với các kịch bản........................135
Hình 3.22 Độ mặn tại vị trí trên các sông tương ứng với các trường hợp..................135

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1
Đặc trưng mưa năm trên lưu vự
Bảng 1.2
Đặc trưng mực nước trạm Quả
Bảng 1.3 Thông số chính bậc thang thủy điện, thủy lợi dịng chính sơng Mã, Chu .....
Bảng 2.1 Phân cấp mực nước lớn nhất mùa cạn trạm Giàng và Quảng Châu (1981-2018)
....................................................................................................................................... 50
Bảng 2.2 Phân cấp mực nước lớn nhất mùa cạn trạm Giàng và Quảng Châu (1981-2018)

– tiếp theo ......................................................................................................................
Bảng 2.3 Phân cấp mực nước nhỏ nhất mùa cạn trạm Giàng và Quảng Châu (1981-2018)
....................................................................................................................................... 53
Bảng 2.4 Phân cấp mực nước nhỏ nhất mùa cạn trạm Giàng và Quảng Châu (1981-2018)
– tiếp theo ......................................................................................................................
Bảng 2.5
Tiêu chí đánh giá chất lượng c
Bảng 2.6
Trọng số các trạm mưa tại các
Bảng 2.7 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng hiệu chỉnh ........................................................
Bảng 2.8 Bộ thông số của mơ hình Mike - Nam cho các tiểu lưu vực tính đến các trạm
khống chế .......................................................................................................................
Bảng 2.9 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng kiểm định .........................................................
Bảng 2.10 Kịch bản nước biển dâng (cm) xét cho dải ven biển Việt Nam ...................
Bảng 2.11 Mực nước biển dâng khu vực Hòn Dáu – Đèo Ngang theo kịch bản RCP4.5
và RCP 8.5 - (Đơn vị: cm) .............................................................................................
Bảng 2.12 Biến đổi lượng mưa các mùa (%) so với thời kỳ cơ sở ...............................
Bảng 2.13. Tính tốn điều tiết hồ Trung Sơn trường hợp kịch bản RCP 4.5 thời kì 2016
– 2035 ............................................................................................................................ 87
Bảng 2.14. Tính tốn điều tiết hồ Cửa Đạt trường hợp kịch bản RCP 8.5 thời kì 2046 2065 ...............................................................................................................................
Bảng 2.15 Thống kê số liệu mặt cắt ngang ...................................................................
Bảng 2.16 Kết quả hiệu chỉnh mực nước năm 2003 tại các trạm thủy văn ..................
Bảng 2.17 Hệ số nhám sau hiệu chỉnh năm 2003 trên hệ thống sông Mã ....................
Bảng 2.18 Kết quả chỉ số Nash tại các trạm thủy văn kiểm định HD năm 2009 ..........
Bảng 2.19 Kết quả chỉ số Nash tại các trạm thủy văn kiểm định HD năm 2010 ..........
Bảng 2.20 Kết quả chỉ số Nash tại các trạm thủy văn kiểm định HD năm 2011 ..........
Bảng 2.21
Kết quả hiệu chỉnh
Bảng 2.22
Giá trị các thông số

Bảng 2.23
Kết quả kiểm định
Bảng 2.24 Tổ hợp hạn – mặn theo mức độ hạn hán và xâm nhập mặn trường hợp hiện
trạng .............................................................................................................................
Bảng 2.25 Tổ hợp hạn – mặn theo mức độ hạn hán và xâm nhập mặn kịch bản BĐKH
..................................................................................................................................... 104
vii


Bảng 3.1 Giá trị độ mặn lớn nhất tại các cống lấy nước dọc sông trường hơp hiện trạng
117
Bảng 3.2 Giá trị độ mặn lớn nhất tại các cống lấy nước dọc sông kịch bản BĐKH...118
Bảng 3.3 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Mã trường hợp hiện trạng.......................................................................................... 123
Bảng 3.4 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Mã trường hợp hiện trạng (tiếp theo)......................................................................... 124
Bảng 3.5 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Lạch Trường trường hợp hiện trạng........................................................................... 125
Bảng 3.6 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Lạch Trường trường hợp hiện trạng (tiếp theo).......................................................... 126
Bảng 3.7 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Lèn trường hợp hiện trạng......................................................................................... 127
Bảng 3.8 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông
Lèn trường hợp hiện trạng (tiếp theo)........................................................................ 128
Bảng 3.9 Phân cấp cấp độ hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước kịch bản biến
đổi khí hậu................................................................................................................. 130
Bảng 3.10 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước theo từng vùng hạn – mặn......139
Bảng 3.11 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước theo từng vùng hạn – mặn (tiếp
theo)........................................................................................................................... 140
Bảng 3.12 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước theo từng vùng hạn – mặn (tiếp

theo)........................................................................................................................... 141
Bảng 3.13 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước theo từng vùng hạn – mặn (tiếp
theo)........................................................................................................................... 142

viii


ASEAN
BĐKH&NBD
CSI
CZI
ĐBSCL
FAO-UNESCO

FLOW/EOWE
GIS
HH&XNM
IPCC
IDW
KTTV
MAI
MCZI
NN – PTNN
QCVN
REI
SPI
SRI
TBNN
TNHH MTV
VRSAP

WMO
ZSI

ix


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đối với các lưu vực sơng có hạ du là đồng bằng ven biển thì hạn hán và xâm nhập mặn là
hai hiện tượng tự nhiên ln tồn tại song hành và có mối quan hệ vật lý chặt chẽ với nhau;
hạn hán càng nghiêm trọng thì nước mặn càng xâm nhập sâu vào trong sơng. Trong những
năm có số liệu quan trắc xâm nhập mặn thì năm 2010 đơ mặn ở vùng cửa sông ven biển
sông Mã đã gia tăng mạnh mẽ. Độ mặn lớn nhất tại các trạm trong đợt điều tra năm 2010
phổ biến ở mức lớn hơn so với trung bình nhiều năm cùng kỳ (những năm có thống kê số
liệu). Theo đó tại Giàng (sơng Mã) cách cửa sông 23 km độ mặn lên tới 6,1‰; tại Cầu
Tào (sông Mã) cách cửa sông 24,6 km tới 9,4‰, tại Cụ Thôn (sông Lèn) cách cửa sông
18km tới 7,1‰. Sở dĩ như vậy bởi năm 2010 có sự kết hợp giữa thời kì hạn hán nghiêm
trọng (do ảnh hưởng của El Nino) và xâm nhập mặn, làm cho tình hình hạn – mặn càng
trở nên trầm trọng. Trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng (BĐKH&NBD) hiện
nay, quá trình diễn biến xâm nhập mặn trở nên phức tạp hơn, ảnh hưởng lớn đến nhu cầu
khai thác sử dụng nước cho các mục tiêu phát triển kinh tế

- xã hội vùng đồng bằng ven biển, đặc biệt là các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng
Hóa, Quảng Xương và Thành phố Sầm Sơn.
Thực tế trong những năm gần đây, do tác động của BĐKH&NBD tình hình hạn hán và
xâm nhập mặn (HH&XNM) đã diễn ra ngày càng thường xuyên với quy mô ngày càng
rộng lớn và khốc liệt, tác hại ngày càng nghiêm trọng. Đầu năm 2020, Đồng bằng sông
Cửu Long (ĐBSCL) đã trải qua một đợt HH&XNM tồi tệ nhất trong lịch sử, phá vỡ kỷ
lục được xác lập trước đó. Theo Tổng cục Thủy lợi, mùa khơ năm 2019-2020, cả ba
vùng gồm ĐBSCL, đồng bằng sông Hồng, khu vực Nam Trung Bộ đã và đang chịu

ảnh hưởng nghiêm trọng của HH&XNM. Dự báo có khoảng 120.000 hộ dân và 50.000
ha diện tích vụ đơng xn sẽ thiếu nước. Đặc biệt tại ĐBSCL, tình hình xâm nhập mặn
sẽ xảy ra sớm hơn, sâu hơn và nghiêm trọng hơn năm 2015-2016. Theo đó, giữa tháng
12-2019, xâm nhập mặn đã vào sâu trong đất liền 35-45 km, cao hơn năm 2016
khoảng 3-5 km; tháng 1, 2 và đến giữa tháng 3-2020, ranh mặn 4%o xâm nhập sâu vào
đất liền 55-110 km, cao hơn 3-7 km so với năm hạn – mặn lịch sử.

1


Trong bối cảnh đó đã có nhiều giải pháp cũng như phương án trong cơng tác phịng
chống hạn – mặn như: ngăn mặn trữ ngọt bằng việc xây dựng đập, cống ngăn mặn, xây
dựng hồ chứa điều tiết nước cho mùa cạn và đẩy mặn. Bên cạnh những ưu điểm thì
những phương án này vẫn cịn một số tồn tại, bởi nhu cầu nước dùng cho sinh hoạt và
sản xuất ngày càng cao mà tài nguyên nước ngọt thì ngày càng giảm do nước mặn,
nước lợ ngày càng gia tăng. Chính vì vậy, thời gian gần đây các nhà khoa học đã cho
rằng trước thử thách biến đổi khí hậu, nước biển dâng, hiện tượng hạn - mặn có thể coi
vừa là thách thức vừa là cơ hội. Chúng ta có thể coi nước mặn, nước lợ như một nguồn
tài nguyên có tiềm năng để khai thác những lợi thế mà nó có khả năng mang lại cho cư
dân vùng đồng bằng ven biển. Ví như việc diện tích đất nhiễm mặn bị mở rộng lại là
cơ hội tốt cho đa dạng hóa ngành nghề ni trồng thủy sản. Do đó địi hỏi chúng ta cần
linh hoạt trong tư duy, quan điểm nhằm phát huy và tận dụng tác động có lợi, hạn chế
các tác động bất lợi của hạn – mặn. Đồng thời việc phân vùng hạn – mặn là thực sự
cần thiết nhằm có những giải pháp khai thác sử dụng nước hợp lý với từng tiểu vùng.
Bên cạnh đó, có nhiều đề tài nghiên cứu về HH&XNM cho nhiều vùng hạ lưu các
sông trên phạm vi cả nước nói chung, vùng đồng bằng ven biển sơng Mã nói riêng.
Tuy nhiên, các đề tài thường nghiên cứu hạn hán và xâm nhập mặn một cách riêng rẽ,
chưa xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng trong bài toán phân vùng
hạn – mặn; Việc coi hạn – mặn trong bối cảnh nước biển lấn là một cơ hội để tận dụng
khai thác cũng chưa được đề cập đến. Với đề tài lựa chọn “Nghiên cứu cơ sở khoa học

phân vùng hạn – mặn trong trường hợp nước biển dâng và đề xuất giải pháp thích ứng
cho vùng đồng bằng ven biển sông Mã” nghiên cứu sinh đã xác định được sự biến đổi
nguồn nước mặt và độ mặn theo không gian và thời gian; đưa ra khái niệm hạn – mặn,
bước đầu tìm hiểu và xây dựng được mối quan hệ định lượng giữa HH&XNM; phân
vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước; qua đó đề xuất được giải pháp
khai thác sử dụng nguồn nước mang tính thích nghi cho vùng đồng bằng ven biển sơng
Mã, thích ứng với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Vì vậy luận án có tính cấp thiết,
ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất rõ ràng.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu được cơ sở khoa học và thực tiễn phân vùng hạn – mặn và đề xuất được
các giải pháp thích ứng với hạn – mặn có xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và
nước biển dâng cho vùng đồng bằng ven biển sơng Mã. Với mục tiêu trên thì nội dung
nghiên cứu của luận án sẽ bao gồm:
(i)

Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học phân vùng hạn – mặn vùng đồng bằng ven

biển sông Mã trong trường hợp nước biển dâng.
(ii)Nghiên cứu tính tốn và phân vùng hạn – mặn theo khả năng khai thác sử
dụng

nước với trường hợp hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng.
(iii)

Nghiên cứu đề xuất được các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu trên khu

vực nghiên cứu theo hai quan điểm phòng chống và khai thác.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu: Hạn – mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã trong
trường hợp nước biển dâng (phần nước mặt).
3.2 Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi không gian: Phạm vi không gian trong nghiên cứu của luận án là vùng ven
biển sông Mã, bao gồm các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc (ven cửa Lạch Sung), Hoằng
Hóa (ven cửa Lạch Trường); Thành phố Sầm Sơn (ven cửa Lạch Hới) và Quảng
Xương. Đây là vùng có cơ hội và thách thức lớn đối với hạn – mặn. Riêng huyện Tĩnh
Gia không đưa vào phạm vi nghiên cứu, bởi khu vực này về mùa cạn có sự tham gia
điều tiết cấp nước của hồ Sông Mực.
Phạm vi thời gian: Luận án nghiên cứu phân vùng hạn – mặn vùng ven biển sông Mã
cho thời kỳ cơ sở (1986-2005) và cho kịch bản biến đổi khí hậu, thời kỳ (2016-2035)
và (2046-2065).
4.Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, luận án đã sử dụng các phương pháp như sau:

3


4.1. Phương pháp kế thừa: Áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và cơng nghệ
hiện có trên thế giới và trong nước.
4.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Điều tra có sự tham gia của cộng đồng
trong khu vực nghiên cứu nhằm thu thập thông tin về hạn hán, xâm nhập mặn, trạm
bơm, các cống lấy nước dọc sông, hiện trạng khai thác sử dụng nước, các biện pháp đã
áp dụng để phòng chống, giảm nhẹ và lợi dụng khai thác sử dụng nước trong điều kiện
biến đổi khí hậu, nước biển dâng trong khu vực nghiên cứu.
4.3 Phương pháp phân tích, thống kê, tổng hợp: (i) Sử dụng phương pháp phân tích
ngun nhân hình thành để đánh giá, xác định nguyên nhân gây ra tình trạng hạn - mặn
khu vực đồng bằng ven biển sông Mã; (ii) Sử dụng phương pháp phân tích, thống kê,

tổng hợp nhằm mục đích phân tích mối tương quan định lượng giữa HH&XNM tại các
trạm trong khu vực nghiên cứu.
4.4 Phương pháp mơ hình tốn: Để mơ phỏng mối quan hệ hạn – mặn và tính tốn
q trình xâm nhập mặn vào mùa cạn theo các kịch bản, luận án sử dụng bộ mơ hình
MIKE bao gồm: Mike 11 (HD + AD) và Mike - Nam. Trong đó, Mike - Nam được sử
dụng để tính tốn dịng chảy từ mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu, làm cơ sở biên đầu
vào cho mơ hình thủy lực. Mike 11 (HD và AD) được sử dụng để mô phỏng thủy lực
và truyền tải mặn xét trong mối quan hệ hạn – mặn.
4.5 Phương pháp tích hợp bản đồ: Nghiên cứu sử dụng các công nghệ về bản đồ như:
Mapinfo, ArcGIS…phục vụ cho việc xây dựng các bản đồ phân vùng hạn – mặn.
4.6 Phương pháp chuyên gia: Phương pháp này được sử dụng thơng qua các hội thảo,
xin ý kiến đóng góp của các chuyên gia, huy động được hiểu biết, kinh nghiệm của các
chuyên gia trong các lĩnh vực cần nghiên cứu, tránh được những trùng lặp với những
nghiên cứu đã có, đồng thời kế thừa được những thành quả đã đạt được.
5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1 Ý nghĩa khoa học
(i) Luận án đã đưa ra được cơ sở khoa học của mối quan hệ giữa hạn -mặn; sự
biến

đổi tổ hợp hạn – mặn theo không gian, thời gian và cơ sở phân vùng hạn – mặn.

4


(ii)
Luận án đã nghiên cứu và tính tốn phân vùng hạn – mặn trong
trường hợp
nước biển dâng và đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước có tính khả thi.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Luận án đã phân vùng hạn – mặn trên cơ sở nghiên cứu tính tốn mơ phỏng hạn – mặn

kết hợp phân tích điều kiện tự nhiên và truyền thống phát triển kinh tế - xã hội vùng
đồng bằng ven biển sơng Mã. Từ đó đề xuất những giải pháp khai thác sử dụng nước
hợp lý đối với từng vùng theo cách tiếp cận thích nghi trong điều kiện biến đổi khí
hậu, nước biển dâng.
6. Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 03 chương:

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu hạn – mặn: Trong chương này, luận án tập
trung vào việc tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan
đến mối quan hệ hạn – mặn và phân vùng hạn – mặn trong điều kiện biến đổi khí hậu,
nước biển dâng. Từ đó tìm được những khoảng trống trong nghiên cứu hạn – mặn và
đưa ra hướng nghiên cứu của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp phân vùng hạn – mặn vùng đồng
bằng ven biển sông Mã: Cơ sở khoa học cũng như cơ sở thực tiễn và phương pháp luận
được sử dụng để phân vùng hạn – mặn sẽ được đề cập, xem xét và phân tích trong nội
dung chương 2. Cơ sở phân vùng, tiêu chí phân cấp và các bước xây dựng bản đồ phân
vùng hạn – mặn; Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình Mike – Nam, dòng chảy đến
hồ và điều tiết hồ chứa ứng với các tần suất thiết kế nguồn nước khác nhau được thực hiện
tính tốn làm cơ sở đầu vào cho mơ hình Mike 11. Theo đó việc hiệu chỉnh và kiểm định
mơ hình Mike 11 cũng được thực hiện trong chương này với mục đích xây dựng bộ thơng
số và kiểm nghiệm kết quả tính tốn mơ phỏng hạn – mặn từ mơ hình.
Chương 3: Phân vùng hạn – mặn và đề xuất giải pháp thích ứng biến đổi khí hậu, nước
biển dâng. Trong chương này, luận án trình bày các kết quả mô phỏng mối quan hệ hạn
– mặn trong trường hợp hiện trạng và biến đổi khí hậu; Xây dựng các bản đồ phân vùng
hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông, kèm theo là đề xuất các giải

pháp thích ứng với biến đổi khí hậu, nước biển dâng dựa trên hai mặt phịng chống và
khai thác theo từng vùng hạn – mặn.

5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HẠN – MẶN

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu hạn – mặn
1.1.1 Một số khái niệm và định nghĩa được sử dụng trong luận án
1.1.1.1 Hạn hán
Hạn hán là một loại thiên tai phổ biến trên thế giới, gây ra nhiều thiệt hại về kinh tế,
ảnh hưởng đến đời sống con người và mơi trường sinh thái, nhất là ở những quốc gia
có nền kinh tế phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp như Việt Nam.
Tùy theo từng lĩnh vực cụ thể mà hạn hán được hiểu theo những cách khác nhau. Theo
quyết định 46/2014-TTg ngày 15 tháng 8 năm 2014 của Thủ tướng chính phủ về dự báo,
cảnh báo và truyền tin thiên tai [1] thì: Hạn hán là hiện tượng thiếu nước nghiêm trọng
xảy ra trong một thời gian dài không có mưa và cạn kiệt nguồn nước. Theo Tổ chức Khí
tượng Thế giới (WMO) hạn hán được chia làm 4 loại: hạn khí tượng, hạn thủy văn, hạn
nơng nghiệp và hạn kinh tế - xã hội. Trên thực tế hạn hán xảy ra không chỉ theo một loại
đơn độc như hạn khí tượng, hạn thủy văn hay hạn kinh tế - xã hội mà là sự kết hợp giữa
các loại hạn với nhau. Vì vậy, trong luận án khái niệm hạn hán được xác định theo
QĐ46/2014-TTg: Hạn hán là hiện tượng thiếu nước trong một thời gian dài do không có
mưa và cạn kiệt nguồn nước [1]. Theo đó, với cách tiếp cận này mức độ cạn kiệt nguồn
nước được biểu thị thông qua sự suy giảm mực nước hoặc lưu lượng tại các trạm quan trắc
và hạn hán được hiểu là sự tổ hợp của hạn thủy văn và hạn kinh tế xã hội.

1.1.1.2 Xâm nhập mặn
Có nhiều định nghĩa về xâm nhập mặn, tuy nhiên khái niệm về xâm nhập mặn trong
luận án được tiếp cận theo tài liệu [1]. Theo đó xâm nhập mặn được hiểu là hiện tượng
nước mặn với nồng độ 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước
biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt.
1.1.1.3 Biến đổi khí hậu

Là sự thay đổi của khí hậu trong một khoảng thời gian dài do tác động của các điều kiện
tự nhiên và hoạt động của con người, biểu hiện bởi sự nóng lên tồn cầu, mực nước biển
dâng và gia tăng các hiện tượng khí tượng thủy văn cực đoan [2]. Theo IPCC (2007):

6


biến đổi khí hậu là sự biến đổi về trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận
biết qua sự biến đổi trung bình và sự biến động các thuộc tính của nó, được duy trì
trong khoảng thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỉ hoặc có thể dài hơn.
1.1.1.4 Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn
Do thiếu hụt lượng mưa trong một thời gian dài làm xảy ra hạn hán, suy giảm lượng
dịng chảy trong sơng, dẫn đến việc mặn có điều kiện xâm nhập sâu vào nội đồng, ranh
giới xâm nhập mặn bị đẩy lùi dần vào trong sông với nồng độ mặn ngày càng tăng. Ở
khu vực đồng bằng ven biển thì mối liên hệ này càng được thể hiện rõ, đặc biệt là
trong điều kiện ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu, nước biển dâng. Qua q trình thống
kê, tổng hợp và phân tích, luận án nhận thấy mối liện hệ giữa hạn hán – xâm nhập mặn
tựu trung được thể hiện qua hai đặc điểm chính sau:
Thứ nhất: Hạn hán và xâm nhập mặn thường xuất hiện đồng thời, đặc biệt là ở khu
vực đồng bằng ven biển.
Vùng đồng bằng ven biển sông Mã vào mùa cạn (đặc biệt là những năm xảy ra hạn hán có
ảnh hưởng của El Nino), khi lượng nước từ thượng nguồn về giảm, kết hợp với thủy triều
mang nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng gây khó khăn cho sinh hoạt và sản xuất, nguy
cơ nhiều phần diện tích sẽ bị nhiễm mặn. Quá trình diễn biến của xâm nhập mặn theo cả
không gian và thời gian phụ thuộc rất lớn vào tình hình hạn hán, đặc biệt trong điều kiện
biến đổi khí hậu, nước biển dâng càng làm cho mối quan hệ hạn – mặn
ở vùng đồng bằng ven biển sông Mã vốn đã nghiêm trọng lại càng tăng thêm tính ác liệt.
Theo số liệu thống kê mực nước giờ tại trạm Giàng và trạm Quảng Châu từ 1981 đến
2018 cho thấy: Mực nước nhỏ nhất mùa cạn của các năm tại hai trạm xuất hiện đồng thời.
Điển hình như các năm 1985 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -149 cm vào ngày

8/5, tại trạm Giàng là -76 cm vào ngày 7/5; Năm 1990 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu
đạt -134 cm vào ngày 28/4, tại trạm Giàng là -86 cm vào ngày 27/4; Năm

1999 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -146 cm vào ngày 2/2, tại trạm Giàng là 131 cm vào ngày 2/2; Năm 2006 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -157 cm vào
ngày 30/1, tại trạm Giàng là -150 cm vào ngày 31/1; Năm 2008 mực nước nhỏ nhất tại
Quảng Châu đạt -143 cm ngày 22/1, tại trạm Giàng là -133 cm vào ngày 22/1; Năm
2013 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -131 cm vào ngày 13/1, tại trạm Giàng là
7


-117 cm vào ngày 13/1 và năm 2018 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -143 cm
vào ngày 22/1, tại trạm Giàng là -145 cm vào ngày 22/1.
Thứ hai: Hạn hán và xâm nhập mặn thường xuất hiện không phải lúc nào cũng cùng
cấp. Q trình phân tích chuỗi số liệu mực nước giờ từ 1981 đến 2018 tại trạm Giàng
và trạm Quảng Châu cho thấy: ở các cấp mực nước từ 189cm đến 140cm, tần xuất số
lần xuất hiện giá trị mực nước của cả hai trạm dao động từ 10,53% đến 26,32% tại
trạm Giàng và từ 2,63% đến 36,84% tại trạm Quảng Châu. Trong khi đó ở các cấp
mực nước (255-200) cm và (199-190) cm thì tại trạm Quảng Châu khơng có giá trị
nào, trong khi tại trạm Giàng số giá trị này là 3 (chiếm 1,89%); tại cấp mực nước (139130) cm thì số giá trị mực nước lớn nhất tại trạm Quảng Châu lại là 6 (chiếm 15,79%),
trạm Giàng khơng có giá trị xuất hiện trong cấp này. Điều này cho thấy rằng, mực
nước lớn nhất mùa cạn tại hai trạm Giàng và Quảng Châu có thể xuất hiện đồng thời
nhưng khơng phải khi nào cũng đồng cấp.
Những phân tích trên cho thấy mối quan hệ nguyên nhân – kết quả giữa HH&XNM
được thể hiện rất rõ. Từ đó, luận án đưa ra cách hiểu về hạn – mặn theo cách tiếp cận
như sau: Hạn – mặn là hiện tượng thiếu hụt dòng chảy trong một thời gian dài dẫn đến
lượng dòng chảy xuống hạ lưu giảm mạnh, mặn theo dòng triều xâm nhập sâu hơn
trong điều kiện nước biển dâng. Hạn hán ở đây được biểu thị thông qua mức độ cạn
kiệt nguồn nước, hay nói cách khác hạn hán trong luận án được tiếp cận theo quan
điểm sử dụng nước phục vụ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Tần suất nguồn nước
càng lớn, mặn càng xâm nhập sâu vào trong sông về cả độ mặn lẫn vị trí nhiễm mặn.

1.1.1.5 Vùng hạn – mặn
Vùng hạn – mặn là một vùng đất tự nhiên được hình thành do q trình lấn biển, có sự
tương đồng giữa các tiểu vùng về điều kiện kinh tế - xã hội và mức độ ảnh hưởng của hạn
– mặn đến khả năng khai thác sử dụng nước. Trong luận án các vùng này được xác định
dựa trên việc kết hợp giữa kết quả tính tốn mơ phỏng độ mặn xâm nhập tối đa vào trong
sông xét trong mối quan hệ hạn – mặn với điều kiện nước biển dâng, hiện trạng khai thác
sử dụng nước và đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội của từng tiểu vùng.

8


1.1.1.6 Đồng bằng ven biển sông Mã
Đồng bằng ven biển sông Mã được hiểu gồm các huyện ven biển thuộc đồng bằng sơng
Mã từ Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Sầm Sơn, Quảng Xương đến Tĩnh Gia, chạy dọc
theo bờ biển gồm vùng sình lầy ở Nga Sơn và các cửa sông Hoạt, sông Mã, sông Yên và
sông Bạng. Tuy nhiên theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường Thanh Hóa cho biết,
huyện Tĩnh Gia chỉ có 9% diện tích tự nhiên bị nhiễm mặn S = 1‰ và 4% bị nhiễm mặn S
= 4‰. Đồng thời, diện tích tự nhiên của huyện Tĩnh Gia trải dài theo bờ biển nhưng hệ
thống sơng ngịi khơng phát triển mạnh nên mặn khơng có điều kiện xâm nhập sâu vào
trong đất liền như các huyện ven biển phía Bắc của tỉnh Thanh Hóa. Do vậy, trong phạm
vi nghiên cứu này, luận án chỉ tập trung nghiên cứu phân vùng hạn

– mặn, bao gồm các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc (ven cửa Lạch Sung), Hoằng Hóa (ven
cửa Lạch Trường) và Thành phố Sầm Sơn (ven cửa Lạch Hới) và Quảng Xương.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Các chuyên gia về nước trên thế giới cảnh báo, hiện trung bình ba người trên trái đất
thì có một người sống trong tình trạng thiếu nước. Trong những thập kỉ gần đây hạn
hán xảy ra nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế ảnh hưởng tới đời
sống con người và mơi trường sinh thái. Hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến
thành đất khơng có năng suất kinh tế do hạn hán. Trong gần 1/4 thập kỉ vừa qua, số

dân gặp rủi ro vì hạn hán trên những vùng đất khô cằn đã tăng 80%, hơn 1/3 đất đai đã
bị khơ cằn mà trên đó có 17,7% dân số thế giới sinh sống.
Zhang và cs (2009) đã sử dụng chuỗi số liệu mưa hàng tháng của 42 trạm trong thời kì
(1960-2005) để tính tốn các chỉ số chuẩn hóa mưa (SPI) và chỉ số khơ hạn (PI) cho
mùa mưa và mùa đông trong nghiên cứu “Những thay đổi của các đợt hạn hán quan
sát được ở lưu vực sông Pearl, Trung Quốc bằng việc sử dụng chỉ số lượng mưa
chuẩn và chỉ số khô hạn”. Các tác giả đã đi sâu phân tích để làm rõ các điều kiện khô
hạn bất thường ở lưu vực sông Pearl, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: Phần phía đơng
lưu vực có xu hướng khơ hạn hơn, phía nam thì ẩm ướt hơn.
Mosaad và cs (2009) đã sử dụng chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI) để theo dõi và dự
báo hạn trên lưu vực sông Rurh. Trong bài báo các tác giả sử dụng số liệu mưa tại 7

9


trạm trên khu vực sông Rurh (Đức) giai đoạn 1960-2007 để phát hiện những thay đổi
về tần suất, thời gian và mức độ nghiêm trọng của hạn hán trên lưu vực sông Rurh. Kết
quả nghiên cứu chỉ ra rằng mặc dù lượng mưa tăng lên một cách đáng kể trong thời kì
mùa đơng nhưng hạn hán vẫn xảy ra trong cả mùa đông và mùa hè. Xu hướng biến đổi
của chỉ số SPI cho thấy tình trạng hạn hán trên lưu vực thay đổi khơng đáng kể so với
thời kì nghiên cứu.
Hiện tượng xâm nhập triều – mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng
cửa sơng giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập mặn có liên
quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính tốn và nghiên
cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy
luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phịng an ninh
vùng cửa sơng như ở các nước: Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan…Các
phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc)
và mơ phỏng q trình bằng các mơ hình tốn.
Cụ thể hơn, vấn đề tính tốn và nghiên cứu xâm nhập mặn bằng mơ hình đã được nhiều

nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như: Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng hơn 50
năm trở lại đây. Các phương pháp tính tốn xâm nhập mặn đầu tiên sử dụng bài toán
1 chiều khi kết hợp với hệ phương trình Saint – Venant. Những mơ hình mặn 1 chiều đã
được xây dựng do nhiều tác giả, trong đó có Ippen và Harleman [3]. Giả thiết cơ bản của
các mơ hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật độ được coi là đồng nhất trên mặt cắt
ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mơ hình lại có sự
phù hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính tốn mặn.

Ưu điểm đặc biệt của các mơ hình loại 1 chiều là u cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài
liệu có sẵn trong thực tế.
Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn tốn q trình xâm nhập
mặn nhưng nhiều thông số không xác định được [4]. Hơn nữa mơ hình 3 chiều địi hỏi
lượng tính tốn lớn, u cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm cũng cần phải có
những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng. Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết
bằng các trung bình hóa theo 2 chiều hoặc 1 chiều. Sanker và Fischer, Masch và
Leendertee [5] đã xây dựng các mơ hình 2 chiều và 1 chiều, trong đó mơ hình 1 chiều

10


có nhiều ưu thế trong việc giải các bài tốn phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn. Các nhà
khoa học cũng thống nhất nhận định rằng: các mơ hình 1 chiều thường hữu hiệu hơn
các mơ hình 2 chiều. Chúng có thể áp dụng cho các vùng cửa sơng có địa hình phức
tạp gồm nhiều sơng, kênh nối nhau với cấu trúc bất kỳ.
Theo nghiên cứu [6] quá trình đánh giá về mơ hình chất lượng nước nói chung và mơ
phỏng truyền tải mặn nói riêng thường sử dụng các mơ hình như: mạng trí tuệ nhân tạo
hay mơ hình thủy lực kết hợp với mơ đun tính tốn lan truyền chất. Trong nghiên cứu
của Conard và cộng sự đã sử dụng mơ hình mạng trí tuệ nhân tạo để dự báo biến động
của độ mặn vùng cửa sông Savannah xét trong điều kiện biến đổi khí hậu [7].
Trong một số nghiên cứu đã mô phỏng xâm nhập mặn trong các tầng chứa nước ở các

vùng ven biển trên thế giới, kết quả là xâm nhập mặn đã làm giảm chất lượng nước của
nguồn nước ngầm. Theo đó, xâm nhập mặn trong các tầng chứa nước được coi như là
đối tượng chính nghiên cứu vùng ven biển ở Mỹ [8], [9], Úc [10]. Nước mặn xâm
nhập vào trong sông và các tầng chứa nước, đây là một trong những thách thức của
toàn cầu đối với quản lý tài nguyên nước, công nghiệp và nông nghiệp [11], [12], [13].
Trong báo cáo đánh giá lần thứ 4 của IPCC có đề cập đến ảnh hưởng xấu của biến đổi
khí hậu đến sự thay đổi của thời tiết và khí hậu cực đoan, làm gia tăng xâm nhập mặn,
ảnh hưởng đến lượng nước tưới, nước cho dân sinh, công nghiệp và an sinh xã hội;
người dân di cư, vấn đề thối hóa đất, thiệt hại mùa màng [14], [15].
Xâm nhập mặn ở vùng cửa sông thường gây ra các vấn đề ở cả nước mặt và nước ngầm,
chúng đã đều bị nhiễm mặn trong một thời gian dài. Do đó ảnh hưởng rất lớn đến việc sử
dụng phục vụ cho sinh hoạt và nơng nghiệp [16]. Để có thể định lượng những ảnh hưởng
của tình hình xâm nhập mặn đến các ngành sử dụng nước, điều quan trọng là phải biết
được mối quan hệ cơ bản giữa xâm nhập mặn, các thông số thủy lực và hình học liên
quan. Q trình đóng mở lấy nước mặn vùng cửa sông thường được sử dụng cho những
mục đích nhất định [17], [18], [19]. Tuy nhiên, mức độ mặn vùng cửa sơng có thể thay đổi
bởi chế độ dòng chảy do việc xây dựng đập và sự thay đổi độ sâu dòng chảy do biến đổi
dịng chảy trầm tích hoặc loại bỏ cát [20], [21], [22], [23]. Mức độ xâm nhập mặn phụ
thuộc vào sự cân bằng giữa nước mặn và nước ngọt từ trong sơng đổ ra biển. Hiện tượng
này có thể được dự báo định kỳ dựa vào các mơ hình tốn học. Những công

11


cụ này có thể được dùng để xác định lượng nước ngọt cần thiết là bao nhiêu tại các cửa
lấy nước phía thượng lưu [24].
Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu đã đề cập đến vấn đề xâm nhập mặn trong các kênh
lăng trụ. Xâm nhập mặn một phần hay tồn bộ trong kênh hình trụ đã được nghiên cứu cả
trên lý thuyết lẫn thực hành. Dựa vào số liệu của phịng thí nghiệm của trạm thủy lực
Delft, dữ liệu của đường thủy Rotterdam (Hà Lan) và Chao Phya (Thái Lan), nghiên cứu

[25] đã đưa ra mức độ nhiễm mặn nhỏ nhất tại các kênh lăng trụ. Nó được kiểm nghiệm
bởi Prandle [26] bằng việc xác định tỷ lệ giữa biên độ dao động trung bình của con triều
với ranh giới nêm mặn trong phương trình động lượng. Cách tiếp cận sau này cho thấy vai
trò của nêm mặn thay vì khoảng cách nhỏ nhất mà mặn xâm nhập từ cửa biển. Theo
Prandle ( [27], [28]) những biểu hiện về chiều dài xâm nhập mặn ở kênh hình lặng trụ có
thể được áp dụng cho những kênh phi lăng trụ khi những thơng số liên quan (độ sâu dịng
nước, vận tốc lớn nhất của thủy triều và vận tốc dịng chảy trong sơng) được áp dụng vào
việc xác định khoảng cách nhiễm mặn từ biển vào trong sông là bao xa.

Việc dự báo về những thay đổi trong phân bố nước mặn ở cửa sông được gây ra bởi
những thay đổi về yếu tố thủy lực hoặc những thay đổi về hình dạng cửa sơng là một
vấn đề xảy ra thường xuyên. Những sự thay đổi về hình dạng cửa sơng có thể được
gây ra từ việc nạo vét các kênh. Sự thay đổi về yếu tố thủy lực diễn ra thường xuyên
bởi sự thay đổi về dòng chảy ở thượng nguồn đổ về hoặc do những điều kiện khí hậu
hàng năm, chẳng hạn như hạn hán. Vấn đề nhiễm mặn phụ thuộc vào những thay đổi
của yếu tố thủy lực thường thấy ở những khu vực mà nước được sử dụng cho tưới tiêu,
nơi mà xâm nhập mặn gây ra những bất lợi lâu dài đối với đất trồng trọt [29]. Tuy
nhiên, do sự nhạy cảm của đất trồng trọt với nước nhiễm mặn nên dự báo về nước bị
nhiễm mặn trở nên cần thiết. Do đó, nhu cầu về một phương pháp đáng tin cậy về việc
dự báo sự thay đổi mức độ xâm nhập mặn là rất cao. Vì vậy, vấn đề nhiễm mặn đã thu
hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.
Bên cạnh đó, trong khoảng hơn 30 năm trở lại đây, tác động của biến đổi khí hậu đến các
quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam ngày càng trở nên rõ rệt. Tác động của biến
đổi khí hậu tới vùng hạ lưu và cửa sông được biểu hiện là sự gia tăng mực nước do nước
biển dâng và quá trình xâm nhập mặn được đẩy mạnh. Tuy nhiên theo báo cáo của

12


ngân hàng thế giới [30] thì tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn vẫn chưa

được quan tâm đúng mức bởi hầu hết các nghiên cứu về biến đổi khí hậu đều tập trung
về lũ và ngập lụt do nước biển dâng. Chính vì thế, trước các vấn đề về nước biển dâng
đang diễn ra với tốc độ nhanh thì việc phân tích, đánh giá và mơ phỏng dự báo tác
động của biến đổi khí hậu tới xâm nhập mặn càng trở nên cấp bách và có nhiều ý
nghĩa. Trên thực tế, sự tương tác giữa nước sông và nước biển diễn ra dưới sự tác động
của lưu lượng nước trong sơng, thủy triều và gió; các nhân tố này ảnh hưởng đến khả
năng xáo trộn giữa nước sông và nước biển [31]. Các yếu tố kể trên kết hợp với đặc
điểm địa hình của từng vùng cửa sơng sẽ tạo nên q trình xâm nhập mặn tại các vùng
ven biển có tính chất khác nhau.
Kitchens và cộng sự (2006) đã tiến hành mô phỏng mực nước, độ mặn ở trong sông và
chế độ thủy triều vùng đầm lầy ở Savannah bằng việc sử dụng mơ hình 3D để mô
phỏng sự thay đổi của mực nước và độ mặn của hệ thống với điều kiện có sự thay đổi
của địa hình lịng dẫn. Dựa trên kết quả mơ phỏng có thể dự báo được quy luật thủy
triều ở vùng đầm lầy khi thay đổi tương ứng điều kiện về mực nước và độ mặn [32].
Nghiên cứu của Joehl và cộng sự (2013) đã mô phỏng xâm nhập mặn dọc bờ biển Georgia
và South Caro-lina theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Nghiên cứu đã đưa ra các khả năng
để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu bao gồm thay đổi dịng chảy và mực nước biển,
độ xâm nhập mặn gần các cửa cấp nước ở khu vực ven biển sông Waccamaw và khu vực
gần hạ lưu sơng Savannah, Georgia. Theo đó để phân tích và mô phỏng độ mặn tại các
trạm đo ven biển, nghiên cứu đã sử dụng mơ hình mạng trí tuệ nhân tạo (ANN) để mơ
phỏng, đánh giá dịng chảy, độ mặn và mực nước ven biển được thu thập trong khoảng
thời gian 10 năm. Sự thay đổi về mực nước biển, dịng chảy và thời gian mơ phỏng cũng
được đưa vào mơ hình xâm nhập mặn để đánh giá các kịch bản biến đổi khí hậu. Kết quả
của nghiên cứu đã đánh giá được việc mực nước biển tăng và dịng chảy trong sơng giảm
dần ảnh hưởng đến mức độ xâm nhập mặn và đe dọa nguồn cung cấp nước cho đô thị và
đa dạng sinh học ở các đầm lầy ở hai khu vực trên. Báo cáo cũng đã mô tả việc sử dụng hệ
thống hỗ trợ quyết định mơ hình xâm nhập mặn để đánh giá độ xâm nhập mặn đối với các
kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau [33].

13

Mahtab Safari Shad và cộng sự (2013) đã sử dụng chỉ số SPI để tính tốn mức độ khơ hạn
của tỉnh Esfahan, Iran trong thời kỳ từ 1979 đến 2009. Tiếp đó nghiên cứu xây dựng bản
đồ phân vùng hạn dựa trên kết quả tính SPI cho từng trạm mưa bằng phương pháp nội suy
Kriging trong GIS. Kết quả cho thấy, hầu hết các vùng hạn nặng đều nằm ở phía đơng của
tỉnh Esfahan, trong đó mùa khơ năm 2007 – 2008 xảy ra hạn nặng nhất [34]. Tuy nhiên
nghiên cứu mới chỉ phân vùng hạn hán chứ chưa xét đến tổ hợp hạn – mặn.

Phân vùng hạn hán tại vùng đồng bằng Yazd-Ardakan, Iran đã được đề cập đến trong
nghiên cứu của E. Haydari và cộng sự (2013). Theo đó nghiên cứu sử dụng chỉ số SPI
trong các thời đoạn 6, 12 và 24 tháng, sử dụng dữ liệu mưa từ 1996 đến 2011 của 13
trạm khí tượng tại Yazd-Ardakan. Kết quả phân vùng chỉ ra rằng những vùng có chỉ số
SPI (-1,92) thuộc mức độ hạn hán rất nặng, các vùng có mức độ hạn vừa có chỉ số SPI
dao động từ (-1,5 đến -1,1) [35]. Tuy nhiên nghiên cứu chưa đề cập đến mối quan hệ
hạn – mặn.
Theo Pitzer (2014) thì California đã ở đỉnh điểm của mùa khơ chưa từng có trong lịch
sử. Vào cuối tháng 1 đã ghi nhận lượng mưa thấp nhất trong lịch sử Bắc California.
Mực nước trong các hồ chứa đang dần cạn kiệt. Mức độ nghiêm trọng của hạn hán đặt
ra nhiệm vụ phải liên tục duy trì kiểm sốt độ mặn. Do cần phải giữ được lượng nước
nhỏ trong các hồ chứa nước, Ủy ban Kiểm soát Tài nguyên Nước Nhà nước đã nới
lỏng các tiêu chuẩn chất lượng nước cho các đồng bằng, cho phép nhiều nước hơn ở
thượng nguồn. Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng độ mặn có thể có tác
động nhỏ đến kinh tế nhưng đối với canh tác nông nghiệp ở vùng đồng bằng lại bị ảnh
hưởng lớn như: quy mô đất nông nghiệp bị thu hẹp, môi trường sống cho các loài cá
nước ngọt bị hạn chế. Hạn hán đã làm tăng thêm mối lo ngại cho các nhà cung cấp
nước đơ thị vì nguồn cung cấp q giá của họ đang được sử dụng một cách không
tương xứng để đáp ứng nhu cầu nước đồng bằng cũng như kiểm soát độ mặn [36].
Conrads và cộng sự (2017) đã chỉ ra mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn thơng
qua việc tính tốn chỉ số hạn hán bằng việc sử dụng dữ liệu về độ mặn ở vùng ven biển

của Carolinas và Georgia. Nghiên cứu đã tiếp cận theo các bước: (i) Phân tích dấu hiệu
của hạn hán từ chuỗi dữ liệu độ mặn ngày; (ii) Tính tốn tần suất phân bổ dấu hiệu của
hạn hán từ việc phân tích độ mặn; (iii) Sử dụng tần suất phân bổ để đưa ra ngưỡng cho

14